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CONTROL DE LA POTENCIA ACTIVA
Y DE LA FRECUENCIA:
REGULACIÓN PRIMARIA
Y
REGULACIÓN SECUNDARIA
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INDICEINDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. REGULACIÓN PRIMARIA
- Naturaleza de las variaciones de carga
- Definiciones
- Característica de unidades (Estatismo)
- Energía Reguladora
3. REGULACIÓN SECUNDARIA
- Regulación secundaria
- Regulación secundaria sistema con varias unidades.
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CONTROL DE GENERACIÓN:
MANTENER LA FRECUENCIA DENTRO DE LA BANDA DE CONTROL ESTABLECIDA.
ESTADO ESTABLE:
Se define como estado estable de un Sistema Eléctrico de potencia, a la condición en la cual la Potencia de generación es igual a la Potencia de la carga.
Pgen = Pcarga
y por lo tanto la frecuencia eléctrica y tanto el par de generación como el de carga se mantienen constantes.
1. INTRODUCCIÓN
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La carga de un Sistema Eléctrico en base al uso de la energía eléctrica se puede clasificar en: Carga Industrial, Residencial y Comercial.
La naturaleza de las variaciones de carga que implican una variación en la frecuencia del sistema, es debida entre otras causas a:
- La forma imprevista en que se lleva a cabo la conexión y desconexión de cargas, por lo tanto la demanda instantánea de energía varia a cada instante.
- La salida de un generador o de una carga, debida a la operación de las protecciones, implica un cambio brusco de carga y por lo tanto de frecuencia.
2.1. NATURALEZA DE LAS VARIACIONES DE CARGA.
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DEMANDA DIARIA DE ENERGIA ELECTRICA
0
5
10
15
20
25
30
0 6 12 18 24
HORA
MW
REGULADOR DE VELOCIDADREGULADOR DE VELOCIDAD
El regulador de velocidad es el dispositivo que actúa sobre la turbina hidráulica para realizar funciones que tienen una repercusión directa sobre la turbina y sobre el sistema eléctrico interconectado.
Funciones del regulador de velocidad:
1) El regulador de velocidad permite llevar la máquina a la velocidad de sincronismo y mantener dicha velocidad estable para efectuar una sincronización correcta.
REGULADOR DE VELOCIDADREGULADOR DE VELOCIDAD
2) El regulador de velocidad permite controlar la carga de la unidad una vez que esta última esté sincronizada con el Sistema. Para tal efecto el regulador de velocidad establece una relación directa entre los dispositivos que controla el operador (variador de velocidad) y la apertura del distribuidor ó la apertura de las paletas móviles.
3) El regulador de velocidad vigila la seguridad de la unidad durante los rechazos de carga. Para tal efecto, al detectar un aumento brusco de velocidad el regulador manda cerrar el distribuidor para limitar la sobrevelocidad y evitar que la máquina se desboque. Un regulador de velocidad bien ajustado hará que la sobrevelocidad alcanzada durante el máximo rechazo no opere el disparo sobre velocidad el cual actuará únicamente como respaldo en caso de falla del propio regulador.
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REGULACIÓN PRIMARIA
En base a su característica estática, las unidades responden a la variación de frecuencia generando mayor o menor potencia eléctrica, a esta acción automática de respuesta de las unidades se le denomina REGULACIÓN PRIMARIA.
LIMITADOR DE CARGA
Dispositivo con el cual se puede controlar la potencia generada de una unidad, limitando a un valor dado de potencia la respuesta de la unidad a cambios de frecuencia en el sistema.
VARIADOR DE CARGA O GOBERNADOR
Dispositivo que permite controlar automáticamente la potencia generada de la unidad y permita a la unidad participar en la regulación primaria.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
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ff00
ffnn
ppnn00
ESTÁTICA: la carga varía en función de la frecuencia.
ASTÁTICA: La carga varía sin cambio de frecuencia.
TIPOS DE CARACTERÍSTICAS DE UNIDAD
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
10
ESTATISMO
Característica que define el cambio de carga de una unidad en forma automática a través de su sistema de regulación de frecuencia / potencia.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
ff00
ffnn
ppnn
00
P
F
100(%)
1000
x
p
fE
xfff
E
n
p
n
f
n
n
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BANDA MUERTA
Característica que define el intervalo de cambio de frecuencia con respecto a la nominal y en el cual no tiene efecto la característica de estatismo, por lo que la unidad no participa en la regulación primaria en esta banda muerta.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
ff00
ffnn
ppnn00
F
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ENERGIA DE REGULACIÓN
Característica que define el cambio de carga de una unidad en forma automática a través de su sistema de regulación de frecuencia / potencia.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
ff00
ffnn
P nP n00
P
F
)()(
10
)()(
dHzMW
FP
N
HzMW
FP
N
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MAQUINA LIBRE O SUELTA
Cuando la unidad es controlada por el variador de carga o gobernador y permite a la unidad participar en la regulación primaria, el limitador de carga se encuentra posicionado arriba del 100% de la Potencia Nominal.
2.2 DEFINICIONES2.2 DEFINICIONES
00
ff00
ffnn
ppnn
Punto de operación
(variador)
POSICIÓN LIMITADOR
f
p
14
MAQUINA LIMITADA
Cuando la potencia generada de la unidad es controlada por el variador y el limitador se encuentra posicionado abajo del 100% de la Potencia nominal, la unidad puede responder a la regulación primaria a frecuencias mayores a la nominal y a frecuencias menores hasta alcanzar la posición del limitador.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
ff00
ffnn
ppnn
Punto de operación
(variador)
POSICIÓN LIMITADOR
f
pp
p
15
MAQUINA AMARRADA
Cuando la potencia generada es controlada por el limitador de carga, estando totalmente abierto el variador de carga o gobernador. La unidad no puede participar en la regulación primaria.
2.2. DEFINICIONES2.2. DEFINICIONES
ff00
ffnn
ppnn
Punto de operación
(variador)
POSICIÓN LIMITADOR
f
p = 0
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2.3 CARACTERISTICA DE REGULACIÓN DE LAS UNIDADES
El sistema de control de velocidad de la turbina es el encargado de llevar a cabo la función de controlar la generación y la frecuencia de la unidad.
Para realizar la función de regulación de frecuencia y carga, tiene implementado un mecanismo tal que ante una variación de frecuencia del sistema, existirá automáticamente una variación de potencia generada, contribuyendo con el Sistema Eléctrico a mantener el equilibrio de Generación-Carga, a esta función se le conoce como Regulación Primaria y su característica denominada estatismo ( también reflejada en la energía de regulación ) define la participación de la unidad a los cambios de carga del sistema.
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Potencia (MW)
45.7
78.3
8.3
z) -0.5 -0.5 -0.5 -0.5
(MW) 6.9
U-4
100
10%
70Pi(MW) 30 50 80E 6% 6% 5%
Pn (MW) 50 100 100
Pf(MW) 36.9
Total
350
230
UNIDAD U-1 U-2 U-3
275.7
-0.5
0.277 0.333 0.166 0.914
63.8 96.6
13.8 16.6
Fi = 60 Hz Ff = 59.5 Hz
N(MW/10Hz) 0.138
6666
6565
6464
6363
6262
6161
6060
5959
5858
Frecuencia (Hz)
2 4 6 8 10 122 4 6 8 10 12
P1 P2 P4
P3
2.3. PARTICIPACION DE LAS UNIDADES EN LA REGULACION PRIMARIA
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Potencia (MW)
Fi = 60 Hz Ff = 59.3 Hz
45.7
78.3
8.3
z) -0.7 -0.7 -0.7 -0.7
(MW) 6.9
63.8 96.6
13.8
U-4
100
10%
70
16.6
Pi(MW) 30 50 80
E 6% 6% 5%
Pn (MW) 50 100 100
UNIDAD U-1 U-2 U-3 Total
350
230
N(MW/10Hz) 0.138
275.7
-0.7
0.277 0.333 0.166 0.914
Pf(MW) 36.96666
6565
6464
6363
6262
6161
6060
5959
5858
Frecuencia (Hz)
2 4 6 8 10 122 4 6 8 10 12
P1 P2 P4
P3
2.3. MAQUINAS CON BANDA MUERTA DE +/- 0.2 Hz
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Potencia (MW)
Fi = 60 Hz Ff = 59.29 Hz
81.9
11.9
z) -0.71 -0.71 -0.71 -0.71
(MW) 9.9 0
U-4
100
10%
70
23.8
Pf(MW) 39.9 50 103.8
5%
Pi(MW) 30 50 80
U-3
Pn (MW) 50 100 100
N(MW/10Hz)
UNIDAD U-1 U-2
E 6% amarra
0.1660.3330.2770.138
Tot
350
-
230
275.7
45.7
-0.71
0.637
6666
6565
6464
6363
6262
6161
6060
5959
5858
Frecuencia (Hz)
2 4 6 8 10 122 4 6 8 10 12
P1 P2 P4
P3
Si la unidad 2 se amarra por problemas, ante un P = 45.7 MW, tendremos:
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La potencia consumida en un Sistema Eléctrico varía en el tiempo. Si existe una diferencia entre potencia generada y potencia consumida, se origina una variación en la frecuencia, la cual corresponde a un desequilibrio entre el par mecánico ( generación ) y el par eléctrico ( carga ). Por la acción de los reguladores de velocidad se llegará a un nuevo punto de equilibrio, pero a diferente frecuencia, este cambio de frecuencia debido a la característica de la carga, origina un aumento en la carga o una disminución de la misma, ya sea que la frecuencia del sistema suba o baje respectivamente, esta característica de la carga se denomina COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO DEL SISTEMA y se representa por letra D y viene dada por la ecuación:
fPe
D
2.4. COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO DEL SISTEMA
21
fPe
D
P1 P2 Pe
f
f2
f1
Pe
f
2.4. CARACTERISTICA DE LA CARGA
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2.4. REGULACIÓN CON D = 02.4. REGULACIÓN CON D = 0
POSICIÓN LIMITADOR
00
ff00
ffnn
ppnn
Punto de operación
(variador)
f
p
1
Característica de carga
2
23
2.4. 2.4. REGULACIÓN CON “D” > 0REGULACIÓN CON “D” > 0
POSICIÓN LIMITADOR
00
ff00
ffnn
ppnn
Punto de operación
(variador)
f
p
1
Característica de carga
22´f
p
24
Para cumplir con el propósito básico del control de generación “Mantener el equilibrio entre la generación y carga”, se tienen las siguientes fases:
1. Ocurre un desequilibrio entre la generación y la carga, dando origen a un cambio de frecuencia en el sistema.
2. Las unidades por medio de la regulación primaria, compensan la variación de carga y se alcanza nuevamente el equilibrio entre la generación y la carga, a un valor de frecuencia diferente a la nominal.
3. Por medio de la Regulación Secundaria las unidades seleccionadas recuperan la frecuencia a valor nominal, manteniendo el equilibrio entre la generación y la carga.
3. REGULACIÓN SECUNDARIA.
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3.1. VARIACIÓN DE CARGA, REGULACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA.
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3.2. REGULACION PRIMARIA Y SECUNDARIA DE DOS UNIDADES EN PARALELO
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CONCLUSIONES- La participación de las unidades a la regulación primaria es primordial para mantener la estabilidad del Sistema Eléctrico Interconectado.
- La característica de estatismo de las unidades define el grado de participación de las mismas a la regulación primaria, por lo cual la tendencia deberá ser uniformizar dichas características, de acuerdo al tipo de unidad de generación.
- La banda muerta implementada en las unidades con tecnologías digitales, deberá se lo mas pequeña posible, con tendencia a un valor “0”, para que las unidades respondan inmediatamente a cualquier cambio de frecuencia en el Sistema.
- La calidad de la energía generada en lo referente a frecuencia, será mayor entre más unidades participen en la regulación primaria.
- La política de operación del CENACE, tenderá a mantener reserva rodante y permitir a las unidades participar en la regulación primaria.
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GRACIAS POR SU
ATENCION